HIFU经颅脑肿瘤治疗相控换能器及其相控驱动系统的研究

发布时间：2021-05-12 15:32

　　高强度聚焦超声（High-Intensity Focused Ultrasound,HIFU）凭借其非侵入性、无毒副作用和可重复治疗的优势日益受到研究者的关注,目前已经应用于乳腺癌、子宫肌瘤、前列腺癌和胰腺癌等实体软组织肿瘤的临床治疗。但在HIFU经颅治疗脑肿瘤时,由于颅骨的强声衰减性及非均质结构易引发焦点偏移、焦域变形、焦域温度过低和颅骨处烫伤等临床问题。这些问题的解决需要研发相控换能器及相控换能器阵元的驱动控制电路、相控换能器控制方法及其软件系统。利用Westervelt声波传播方程和Pennes生物热传导方程、时域有限差分法数值仿真HIFU脑肿瘤治疗形成的声压场和温度场,研究半球形相控换能器部分及全部阵元激励对形成焦域的影响及调控作用,并设计了与之相对应的相位、功率放大等硬件电路及用户界面软件。目的在HIFU相控换能器经颅治疗时,由于颅骨的强声衰减性和非均质结构可能导致各阵元发出的超声波经颅聚焦的衰减程度不一致、聚焦位置发生偏移、颅骨热损伤及焦域能量达不到治疗效果等问题的发生。近些年兴起的大开口半球形相控换能器凭借其最大化覆盖颅骨、超声能量最大化透过颅骨达到靶区,从而降低颅骨烫伤... 

【文章来源】：天津医科大学天津市 211工程院校

【文章页数】：93 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
Abstract
缩略语
一、前言
    1.1 研究背景
    1.2 研究目的
    1.3 研究内容
二、基本方程式
    2.1 超声波非线性传播方程式
        2.1.1 Westervelt声波方程式
        2.1.2 FDTD中心差分方程式
        2.1.3 声压场边界处理
    2.2 Pennes生物热传导方程式
        2.2.1 微分方程式
        2.2.2 中心差分方程式
        2.2.3 温度场边界处理
    2.3 时域有限差分法
    2.4 数值仿真参数
    2.5 阵元激励信号的获取
三、小开口半球形相控换能器的数值仿真
    3.1 数值仿真模型
    3.2 数值仿真结果
        3.2.1 部分阵元激励
        3.2.2 112阵元的选取及几何焦点聚焦
        3.2.3 部分阵元激励的焦域调控
        3.2.4 截面与距离阵元选取法
    3.3 本章小结
四、大开口半球形相控换能器的数值仿真
    4.1 数值仿真模型
    4.2 数值仿真结果
        4.2.1 部分阵元激励
        4.2.2 162阵元几何焦点聚焦
        4.2.3 截面与距离阵元选取法
    4.3 本章小结
五、相控驱动系统的设计与制作
    5.1 上位机用户界面
    5.2 相位控制模块
        5.2.1 粗相控延时
        5.2.2 细相控延时
    5.3 功率放大模块
        5.3.1 E类功率放大电路
        5.3.2 PCB印制电路板
    5.4 256阵元随机分布相控换能器的制作
    5.5 测试结果
        5.5.1 相位控制模块测试结果
        5.5.2 功率放大模块测试结果
        5.5.3 随机分布相控换能器测试结果
    5.6 本章小结
六、结论与讨论
    6.1 结论
    6.2 讨论
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
综述 HIFU治疗相控阵驱动系统的研究现状
    综述参考文献
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]磁致伸缩超声导波激励电路设计[J]. 田少华,杨录,张艳花.  山西电子技术. 2016(02)
[2]2012年中国恶性肿瘤发病和死亡分析[J]. 陈万青,郑荣寿,张思维,曾红梅,左婷婷,贾漫漫,夏昌发,邹小农,赫捷.  中国肿瘤. 2016(01)
[3]射频与微波功率放大器的分类研究现状[J]. 吴淘锁,邬海峰.  物联网技术. 2015(12)
[4]基于时间反转法的相控换能器声场的仿真研究[J]. 韩珍珍,丁鑫,罗明艳,菅喜岐.  应用声学. 2015(04)
[5]细胞电刺激器的设计与实现[J]. 何猛,邹远文,李晋川,黄学进,何刚.  实验科学与技术. 2015(03)
[6]High intensity focused ultrasound: A noninvasive therapy for locally advanced pancreatic cancer[J]. Feng Wu.  World Journal of Gastroenterology. 2014(44)
[7]高强度聚焦超声换能器的宽带阻抗匹配[J]. 谭坚文,廖瑞金,邓思建,曾德平.  电工技术学报. 2014(11)
[8]ADI推出行业最快的运算放大器ADA4870[J].   电子技术应用. 2014(07)
[9]磁共振引导高强度聚焦超声治疗子宫肌瘤临床研究[J]. 陈军臣,许永华,王智彪,陈文直.  中华临床医师杂志(电子版). 2014(08)
[10]国内HIFU（高强度聚焦超声）十年发展述评——回顾、展望与希冀[J]. 牛凤岐,程洋,朱承纲.  中国医疗器械信息. 2009(05)



本文编号：3183666